CN112034096A - 一种充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种充填膏体承压状态模拟装置及离子污染物迁移的检测方法，在缸体内部设置有独立的液压杆，其底部连接加压平板。通过接液压供给装置推动液压杆联动加压平板向充填膏体施加应力。同时结合压力表调控应力大小，模拟充填膏体所受施加应力特征。另外，通过接加压水泵向试验缸体内注水并结合压力表控制静水压。从而，准确快速模拟充填膏体不同承压状态下，离子污染物向水中迁移转化过程。通过检测水样中离子浓度，结合受压充填膏体的质量来综合衡量充填膏体中的离子污染物释放量。通过测试相同总质量条件下，不同尺寸充填膏体试块受压过程向水中释放离子污染物情况，实现充填膏体承压状态下离子污染物迁移尺度效应的检测。
Description
技术领域
本发明属于煤炭开采技术领域，特别涉及一种充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置与方法。
背景技术
在当前社会发展水平全面提升背景下，社会对煤炭资源的需求量也不断增加，为实现对环境的有效保护，充填开采技术作为一项优势较强的技术手段，充填技术的出现为压煤问题的解决打下坚实的基础，成为了煤矿绿色开采模式的典范。该技术可以最大程度上缓解地表沉降，从而提升煤矿产出率。近些年来，我国各大矿场的煤矿采空区填充方式仍然存在一些问题。由于充填膏体受到煤层施加的应力以及地下水环境对其产生的静水压力不一致条件，势必会引起充填膏体的离子污染物向水中迁移，从而污染地下水环境。
针对充填膏体在受力不一致的条件下，会引起离子污染物向水中迁移的问题，目前还没有模拟充填膏体所受的煤层施加的应力以及地下水产生的静水压力，其离子污染物向水中迁移转化过程的装置以及检测方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置与方法，旨在准确快速模拟充填膏体不同承压状态下，离子污染物向水中迁移转化过程，通过检测水样中离子浓度，结合受压充填膏体的质量来综合衡量充填膏体中的离子污染物释放。通过测试相同总质量条件下，不同尺寸充填膏体试块受压过程向水中释放离子污染物，实现充填膏体承压状态下离子污染物迁移尺度效应的检测。为指导解决充填膏体在煤矿高效开采应用过程中的环境问题提供基础依据。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，包括带有活动缸盖13的缸体1，在缸体1的底部设置有用于固定充填膏体4的试件槽，在充填膏体4的正上方设置有加压平板5，加压平板5的底面与充填膏体4的顶面相对，顶面通过竖直的液压杆6连接液压缸7内的活塞8，在活动缸盖13上设置有带阀门一15的预留管一14和带阀门二17的预留管二16，预留管一14用于连通加压水泵和缸体1内部，预留管二16用于连通液压供给装置和液压缸7内部，预留管一14连接有液体压力表一19，预留管二16连接有液体压力表二18。
所述加压平板5的面积等于或者略大于模拟充填膏体4的横截面面积，二者中心相对。
所述液压缸7固定在活动缸盖13上，液压缸7通过柔性液压管10与活动缸盖13上的预留管二16相连，用于外部液压源向液压缸7内加压。
所述活塞8与液压缸7缸体内壁之间设置有密封垫一9，所述活动缸盖13与缸体1由法兰11连接，中间设置有密封垫二12。
所述试件槽由固定圈3和支撑架2组成，固定圈3与充填膏体4边长一致，支撑架2安置在固定圈3的两侧。
所述液压杆6杆径为24mm，行程为100mm，扭力为500～6000N，速度控制为5～30mm/s，所述液压缸7总长为175mm，直径为35mm，所述加压平板5为厚度5mm的正方形平板，边长4/3倍的充填膏体4的宽度且不超过缸体1宽度的2/3倍，所述液体压力表二18和液体压力表一19为多功能压力表，直径100mm，连接形式：螺纹连接，螺纹规格：20*1.5mm，压力范围-0.1～100Mpa。
本发明还提供了基于所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置的检测方法，打开阀门二17时，通过调整液压源压力控制液压杆6施加于充填膏体4上的应力大小，由此模拟充填膏体4施加应力特征，液体压力表二18显示应力大小；打开阀门一15向缸体1内注水加压，通过调整注水压力大小，模拟充填膏体层位受压时不同地下水位深度状态下，充填膏体中离子迁移过程，液体压力表一19显示静水大小。当充填膏体层位地下水丰富，地下水位较高时，也可关闭阀门二17不通过液压杆6向膏体施加压应力；单独打开阀门一15向缸体1内注水加压，模拟充填膏体在大静水压力下的离子迁移过程。在不同的施加应力和静水压力条件下，通过检测水样中离子浓度，结合充填膏体4的质量来综合衡量充填膏体4中的离子污染物释放量，通过测试相同总质量条件下，不同尺寸充填膏体4受压过程向水中释放离子污染物情况，实现充填膏体4承压状态下离子污染物迁移尺度效应的检测。
本发明标准充填膏体试件的尺寸为7×7×7cm，通过将标准试块体积的充填膏体切割成等体积的3.5×3.5×3.5cm、2×2×2cm及1×1×1cm试块，采用与7×7×7cm试块相同的测试条件进行分析，检测不同尺寸充填膏体4受压过程向水中释放离子污染物情况，获取充填膏体4承压状态下离子污染物迁移的尺度效应。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、可简便快捷模拟充填膏体在采空区所受不一致的应力以及地下水产生的静水压力的受力状态，研究充填膏体离子污染物向水中迁移转化过程，填补这一领域的技术空白。
2、通过检测水样中离子浓度，结合受压充填膏体的质量来综合衡量充填膏体中的离子污染物释放量，为指导解决充填膏体在煤矿高效开采应用过程中的环境问题提供基础依据。
3、通过测试相同总质量条件下，不同尺寸充填膏体试块受压过程向水中释放离子污染物，实现充填膏体承压状态下离子污染物迁移尺度效应的检测。
4、本发明检测精准、操作简便，推广后具有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明的检测装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，主体为带有活动缸盖13的缸体1，活动缸盖13与缸体1可由法兰11以及螺栓等配件连接，连接处可设置有密封垫二12。
在缸体1的底部设置有试件槽，试件槽起到固定固定充填膏体4，防止其水平移动的作用。本实施例中，试件槽由固定圈3和支撑架2组成，固定圈3与充填膏体4边长一致，支撑架2安置在固定圈3的两侧，也可根据情况使用其它能够安放固定充填膏体4的常规结构。
在充填膏体4的正上方设置有加压平板5，加压平板5的面积等于或者略大于模拟充填膏体4的横截面面积，加压平板5的底面中心与充填膏体4的顶面中心相对。可选地，加压平板5为厚度5mm的正方形平板，边长为充填膏体4相应边长宽度的4/3倍，且不应超过缸体1宽度的2/3倍。
加压平板5的顶面连接液压缸7的液压杆6，液压杆6呈竖直状态，顶端连接在液压缸7内的活塞8上，活塞8与液压缸7缸体内壁之间可设置密封垫一9。本实施例中，液压杆6杆径为24mm，行程为100mm，扭力为500～6000N，速度控制为5～30mm/s，液压缸7总长为175mm，直径为35mm。
在活动缸盖13上设置有带阀门一15的预留管一14和带阀门二17的预留管二16，预留管一14用于连通加压水泵和缸体1内部，预留管二16用于连通液压供给装置和液压缸7内部，液压缸7固定在活动缸盖13上。本实施例中，液压缸7通过柔性液压管10与活动缸盖13上的预留管二16相连，用于外部液压源向液压缸7内加压，柔性液压管10在缸体1中。预留管一14连接有液体压力表一19，预留管二16连接有液体压力表二18。本实施例中，液体压力表二18和液体压力表一19为多功能压力表，直径100mm，连接形式：螺纹连接，螺纹规格：20*1.5mm，压力范围-0.1～100Mpa。
基于上述检测装置，本发明检测方法为：
打开阀门二17，通过液压供给装置控制推动液压杆6联动加压平板5对填充膏体4施加应力，由此模拟充填膏体4施加应力特征，液体压力表二18显示应力大小，可结合液体压力表二18的数据调控应力大小。
打开阀门一15，通过加压水泵控制缸体1内部水体对填充膏体4压力，由此模拟充填膏体4静水压力特征，液体压力表一19显示静水大小，可结合液体压力表一19的数据调控静水水压大小。
根据开采煤层深度地质情况和地下水位高低，可将充填膏体在地层中的受力情况分为两大类：一类是高地下水位施加给充填膏体的大静水压力，一类是塌陷岩层作用于充填膏体的压应力，且同时存在不同静水压力的情况。
本发明装置仅打开阀门一15向缸体1内注水加压，可模拟充填膏体在大静水压力下的离子迁移过程；打开阀门二17时，通过调整液压源压力可以控制液压杆6施加于充填膏体4上的应力大小；此时，打开阀门一15向缸体1内注水加压，通过调整注水压力大小，可以模拟充填膏体层位受压时不同地下水位深度状态；在不同的施加应力和静水压力条件下，通过检测水样中离子浓度，结合受压充填膏体的质量来综合衡量充填膏体中的离子污染物释放量。
此外，标准充填膏体试件的尺寸为7×7×7cm，通过将标准试块体积的充填膏体切割成等体积的3.5×3.5×3.5cm、2×2×2cm及1×1×1cm试块，采用与7×7×7cm试块相同的测试条件进行分析，通过测试相同总质量条件下，不同尺寸充填膏体试块受压过程向水中释放离子污染物情况，实现充填膏体承压状态下离子污染物迁移尺度效应的检测。
本发明的装置和检测方法可为指导解决充填膏体在煤矿高效开采应用过程中的环境问题的模拟检测提供可靠手段。
Claims (9)
1.一种充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，包括带有活动缸盖(13)的缸体(1)，其特征在于，在缸体(1)的底部设置有用于固定充填膏体(4)的试件槽，在充填膏体(4)的正上方设置有加压平板(5)，加压平板(5)的底面与充填膏体(4)的顶面相对，顶面通过竖直的液压杆(6)连接液压缸(7)内的活塞(8)，在活动缸盖(13)上设置有带阀门一(15)的预留管一(14)和带阀门二(17)的预留管二(16)，预留管一(14)用于连通加压水泵和缸体(1)内部，预留管二(16)用于连通液压供给装置和液压缸(7)内部，预留管一(14)连接有液体压力表一(19)，预留管二(16)连接有液体液体压力表二(18)。
2.根据权利要求1所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，其特征在于，所述加压平板(5)的面积等于或者略大于模拟充填膏体(4)的横截面面积，二者中心相对。
3.根据权利要求1所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，其特征在于，所述液压缸(7)固定在活动缸盖(13)上，液压缸(7)通过柔性液压管(10)与活动缸盖(13)上的预留管二(16)相连，用于外部液压源向液压缸(7)内加压。
4.根据权利要求1所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，其特征在于，所述活塞(8)与液压缸(7)缸体内壁之间设置有密封垫一(9)，所述活动缸盖(13)与缸体(1)由法兰(11)连接，中间设置有密封垫二(12)。
5.根据权利要求1所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，其特征在于，所述试件槽由固定圈(3)和支撑架(2)组成，固定圈(3)与充填膏体(4)边长一致，支撑架(2)安置在固定圈(3)的两侧。
6.根据权利要求1所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置，其特征在于，所述液压杆(6)杆径为24mm，行程为100mm，扭力为500～6000N，速度控制为5～30mm/s，所述液压缸(7)总长为175mm，直径为35mm，所述加压平板(5)为厚度5mm的正方形平板，边长4/3倍的充填膏体(4)的宽度且不超过缸体(1)宽度的2/3倍，所述液体压力表二(18)和液体压力表一(19)为多功能压力表，直径100mm，连接形式：螺纹连接，螺纹规格：20*1.5mm，压力范围-0.1～100Mpa。
7.基于权利要求1所述充填膏体承压状态下离子污染物迁移的检测装置的检测方法，其特征在于，打开阀门二(17)，通过液压供给装置控制液压杆(6)联动加压平板(5)对填充膏体(4)施加应力，由此模拟充填膏体(4)施加应力特征，液体压力表二(18)显示应力大小；打开阀门一(15)，通过加压水泵控制缸体(1)内部水体对填充膏体(4)压力，由此模拟充填膏体(4)静水压力特征，液体压力表一(19)显示静水大小；在不同的施加应力和静水压力条件下，通过检测水样中离子浓度，结合充填膏体(4)的质量来综合衡量充填膏体(4)中的离子污染物释放量，通过测试相同总质量条件下，不同尺寸充填膏体(4)受压过程向水中释放离子污染物情况，实现充填膏体(4)承压状态下离子污染物迁移尺度效应的检测。
8.根据权利要求7所述检测方法，其特征在于，
打开阀门二(17)时，通过调整液压源压力控制液压杆(6)施加于充填膏体(4)上的应力大小；打开阀门一(15)向缸体(1)内注水加压，通过调整注水压力大小，模拟充填膏体层位受压时不同地下水位深度状态下，充填膏体中离子迁移过程；当充填膏体层位地下水丰富，地下水位较高时，关闭阀门二(17)不通过液压杆(6)向膏体施加压应力；单独打开阀门一(15)向缸体(1)内注水加压，模拟充填膏体在大静水压力下的离子迁移过程。
9.根据权利要求7所述检测方法，其特征在于，
标准充填膏体试件的尺寸为7×7×7cm，通过将标准试块体积的充填膏体切割成等体积的3.5×3.5×3.5cm、2×2×2cm及1×1×1cm试块，采用与7×7×7cm试块相同的测试条件进行分析，检测不同尺寸充填膏体(4)受压过程向水中释放离子污染物情况，获取充填膏体(4)承压状态下离子污染物迁移的尺度效应。
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|---|---|
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